книги из ГПНТБ / Технология ремонта танков [учебник]

-частоты. Схема распылительной головки высокочастотного металлизационного аппарата показана на рис. 160. Ток высокой частоты от лампового генератора подводится к индуктору, состоящему из нескольких витков медной трубки. Вокруг индуктора образуется пе­ ременное электромагнитное поле высокой частоты. Если в это поле

Рис. 159. Принципиальная схема электродугового металлизационного аппарата;

I — поверхность детали; 2 — направляющие наконечники: 3 — воз­ душное сопло; 4 — подающие ролнкн; 5 —электродная проволока

поместить проводник, которым в данном случае является проволока, то в нем будут индуктироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Для того, чтобы проходящая через аппарат про­ волока быстро нагревалась до температуры плавления, необходимо сконцентрировать выделение тепла на небольшом участке прово­ локи. Это достигается установкой в распылительной головке аппа­ рата концентратора вихревых токов. Вкладыш концентратора вме­ сте с индуктором составляют высокочастотный трансформатор. Благодаря концентратору электромагнитное поле будет иметь мак­ симальную плотность у выхода проволоки из распылителя. Здесь

277

же будет выделяться наибольшее количество тепла. Распиливание жидкого металла в высокочастотных металлизаторах осуществ­ ляется так же, как и в других аппаратах, сжатым воздухом. Для защиты от оплавления индуктор и концентратор при работе аппа­ рата охлаждаются проточной водой.

Рис. 160. Схема распылительной головки высокочастот­ ного металлизационного аппарата:

Наибольшее применение в Советском Союзе получила электродуговая металлизация, приоритет в разработке которой целиком принадлежит нашей стране. Высокочастотная металлизация яв­ ляется новой разновидностью способа металлизации распылением. Обладая большими преимуществами, этот способ в самое короткое время может найти широкое применение в практике ремонта дета­ лей танков.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЗАЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ

Металлический слой, получающийся на деталях при металлиза­ ции, представляет собой хаотическое нагромождение мелких части­ чек металла. Размеры металлических частичек зависят от режима металлизации и, в первую очередь, от давления сжатого воздуха. Они колеблются в широких пределах — от 2 —4 мк до 100—150 мк~ Существует несколько гипотез, объясняющих процесс образова­ ния металлизационного покрытия. В настоящее время общепри­ знанной является гипотеза, согласно которой частицы распылен­ ного металла, имея высокую температуру, достигают поверхности детали в пластическом состоянии. Ударяясь о шероховатую поверх­ ность детали, горячие металлические частицы расплющиваются, за­ клиниваются в неровностях поверхности и таким образом сцепля­ ются как с поверхностью детали, так и друг с другом.

278

Следует иметь в виду, что в процессе металлизации частицы рас­ плавленного металла, соприкасаясь с воздухом, интенсивно окис­ ляются и насыщаются азотом. При этом происходит выгорание от­ дельных элементов распыливаемого металла. При металлизации стальной проволокой выгорает значительная часть углерода, мар­ ганца, кремния и других элементов. Поэтому состав, микрострук­ тура и физико-механические свойства металлизационного слоя рез­ ко отличаются от свойств'литого металла.

Металлизациоиный слой содержит в себе значительное количе­ ство окислов. Особенно много окислов получается при электродуговой металлизации. На микрофотографии (рис. 161, а) окислы вид­ ны в виде темных включений. Пленка окислов, покрывающая по­ верхность частиц, препятствует металлическому контакту между ними, поэтому связь их между собой и с основным металлом про­ исходит главным образом за счет механических сил сцепления. Вследствие этого металлизациоиный слой обладает высокой пори­ стостью и относительно низкими механическими свойствами.

Наибольшее снижение физико-механических качеств слоя имеет место при электродуговой металлизации, так как при высокой тем­ пературе электрической дуги происходит интенсивное окисление металла. При высокочастотной металлизации металл нагревается до температуры, лишь незначительно превышающей температуру его плавления. Поэтому качество металлизационного покрытия по­ лучается более высоким. На рис. 161. б приведена микрофотогра­ фия стального покрытия, нанесенного способом высокочастотной металлизации. Сравнивая этот снимок с микрофотографией по­ крытия. полученного при электродуговой металлизации (см. рис. 161, а), можно отметить, что количество окислов в слое при вы­ сокочастотной металлизации значительно меньше.

Основными показателями, характеризующими качество металлнзационного слоя, являются прочность сцепления его с основным металлом, твердость, механическая прочность и сопротивление из­ носу.

Прочность сцепления с основным металлом является одним из важнейших свойств, определяющих возможность применения ме­ таллизации при восстановлении изношенных деталей. Исследова­ ниями установлено, что прочность сцепления стальных металлизационных покрытий на сдвиг кольцевого слоя с цилиндрической де­ тали в осевом направлении достигает 400—450 кг/см2, а в танген­ циальном направлении — до 1000—1200 кг/см2. При высокочастот­ ной металлизации прочность сцепления слоя при тангенциальном сдвиге кольца выше и колеблется в пределах 1500—2000 кг/см2. Это объясняется меньшей степенью окисления распыленного металла.

Учитывая, что в металлизационном слое при эксплуатации де­ талей возникают главным образом усилия сжатия или сдвига, мож­ но считать, что приведенная прочность сцепления слоя вполне до­ статочна для нормальной работы большинства танковых деталей.

279

Прочность сцепления зависит от состояния поверхности детали, толщины нанесенного слоя, а также от режима металлизации (на­ пряжения и величины тока, давления сжатого воздуха, расстояния металлизационного аппарата до детали, угла падения распыленно­ го металла на поверхность детали и т. п.). Прочность сцепления за­ висит также от материала покрытия и детали. Металлы с низкой температурой плавления обладают лучшим сцеплением, чем метал­ лы с высокой температурой плавления.

Большое влияние на прочность сцепления оказывает степень шероховатости поверхности детали и ее чистота. Поэтому перед металлизацией поверхность деталей подвергают специальной обра­ ботке с целью создания шероховатости и очищают от загрязнений н окислов.

Из всех параметров режима электродуговой металлизации наи­ большее влияние на прочность сцепления оказывают величина тока и его напряжение. Увеличение тока дает более крупный распыл ме­ талла, вследствие чего прочность сцепления снижается. Повышение напряжения дуги сопровождается увеличением количества окислов в металлизациоином слое и, следовательно, уменьшением прочно­ сти сцепления.

Прочность сцепления уменьшается также с увеличением рас­ стояния сопла аппарата от детали, что объясняется повышением окисления частиц металла, снижением их скорости и температуры.

В более сложной зависимости прочность сцепления находится от давления сжатого воздуха. При повышении давления воздуха до 4 кг/см2 она увеличивается, а затем падает. Снижение прочно­ сти сцепления при повышении давления воздуха выше 4 кг/см2 объясняется падением температуры частиц и большим их окисле­ нием.

Прочность сцепления зависит также от угла встречи газометал­ лической струи с поверхностью детали. Лучшее сцепление получает­ ся, когда струя направлена перпендикулярно к поверхности. При изменении угла от 90 до 45° уменьшение прочности сцепления не­ значительно. Если угол менее 45°, то слой получается рыхлым и прочность его сцепления с деталью значительно снижается.

Металлизационный слой является более твердым и хрупким, чем литой или катанный металл. Это объясняется прежде всего тем, что частицы металла, попавшие на металлическую поверхность де­ тали, быстро охлаждаются потоком сжатого воздуха и получают закалку. Кроме того, стальные частицы, ударяясь о поверхность детали, вызывают наклеп ранее осевших частиц. Это также повы­ шает твердость слоя. Твердость металлизационного слоя зависит от режима металлизации, а также и от химического состава распи­ ливаемого металла.

Из всех параметров режима металлизации наибольшее влия­ ние на твердость покрытия оказывают расстояние сопла металли­ зационного аппарата до детали и давление воздуха. Максимальная твердость покрытия получается при установке сопла аппарата на

281

расстоянии 75—100 мм от детали. При уменьшении или увеличенииэтого расстояния твердость падает. С увеличением давления воз­ духа твердость возрастает. Электродуговую металлизацию обычно производят при давлении воздуха 5,5—6 кг/см2, а высокочастот­ ную — при 3-—4 кг/см2.

Твердость покрытия при металлизации стальной проволокой за­ висит от содержания углерода. Чем больше в проволоке углерода, гем выше твердость. Например, при электродуговой металлизации стальной проволокой с содержанием углерода 0,45% твердость слоя получается в пределах 240—260 НВ, а при металлизации проволо­ кой с содержанием углерода 0.35% твердость слоя не превышает 200 НВ. При высокочастотной металлизации твердость покрытия будет соответственно 44Ю—415 НВ и 320—330 НВ. Повышение твер­ дости при высокочастотной металлизации объясняется меньшим вы­ горанием углерода.

Металлизационный слой имеет сравнительно низкую механиче­ скую прочность. Это объясняется природой сцепления частиц ме­ талла между собой. Слой металлизации хорошо противостоит сжи­ мающим усилиям, но имеет низкий предел прочности на растяже­ ние. Пластичность слоя близка к нулю.

Механические свойства напыленного слоя и прочность сцепле­ ния его с деталью могут быть улучшены термической обработкой. При нагреве слоя в восстановительной среде (в атмосфере водоро­ да, в древесном угле и др.) до температуры высокого отпуска с вы­ держкой в один-три часа происходит восстановление окислов и между частицами металла появляется металлический контакт, в результате которого прочность сцепления частиц между собой и с основным металлом увеличивается. Однако следует иметь в виду, что термообработка слоя связана с нагревом деталей до высокой температуры и возможностью их окисления и деформации; поэтому к пей следует прибегать лишь в исключительных случаях.

Металлизационный слой обладает сравнительно низким коэф­ фициентом трения и высокой износоустойчивостью. Хорошие анти­ фрикционные свойства металлизационного слоя объясняются его повышенной твердостью и значительной пористостью (до 5—10%). Пористый слой хорошо удерживает смазку, поэтому металлизационнное покрытие надежно работает в условиях недостаточной смазки.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РЕМОНТА ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛИЗАЦИЕЙ

Технологический процесс ремонта изношенных деталей метал­ лизацией включает три этапа: подготовку деталей к металлизации; нанесение покрытия; механическую обработку слоя.

Подготовка деталей к металлизации имеет целью обеспечить прочное сцепление слоя с основным металлом.

Процесс подготовки поверхности детали к металлизации вклю­ чает:

282

—обезжиривание и очистку детали от загрязнений;

—механическую обработку детали;

—создание шероховатости на поверхности детали;

—защиту поверхностей, не подлежащих металлизации.

При механической обработке с детали снимают такой слой ме­ талла, чтобы после окончательной обработки металлизированной детали иа ее поверхности оставалось покрытие толщиной не менее ] мм. Толщина антикоррозийных и декоративных покрытий должна быть в пределах 0,2—0,3 мм.

Необходимую шероховатость поверхности деталей получают пу­ тем пескоструйной обработки, накаткой зубчатым роликом или нарезанием рваной резьбы.

Пескоструйную обработку применяют при подготовке к метал­ лизации плоских деталей, а также деталей с высокой поверхност­ ной твердостью.

Подготовку поверхностей цилиндрических деталей обычно про­ изводят накаткой роликом. Нарезание рваной резьбы как способ подготовки следует применять только в том случае, когда деталь не подвергается действию знакопеременных нагрузок. Рваную резьбу нарезают резцом с углом в плане 50—60° и с радиусом за­ кругления вершины 0,5— 1 мм. При нарезании резьбы резец уста­ навливают ниже центра детали на 1—2 мм и закрепляют в суппор­ те станка так, чтобы вылет резца был не менее 70—100 мм. Нарез­ ку резьбы производят за один проход. Для создания шероховато­ сти иа цилиндрических деталях с большой поверхностной тверддостью, когда невозможно нарезать рваную резьбу, применяют электрическую подготовку при помощи аппарата для электроискро­ вой обработки.

Металлизацию цилиндрических деталей производят на токар­ ных станках, а плоских деталей — в специальных камерах.

При металлизации на токарных станках деталь устанавливают

впатроне или в центрах, а металлизационный аппарат закрепляют

всуппорте в таком положении, чтобы ось конуса воздушно-метал­

лической струи была направлена перпендикулярно к оси детали. Принципиальные схемы постов электродуговой и газовой метал­

лизации показаны на рис. 162.

Общим для обоих постов оборудованием являются компрессор­ ные установки с водомаслоотделителями, а также токарные стан­ ки или специальные камеры, снабженные вытяжной вентиляцией.

На постах с электродуговыми металлизационными аппаратами, кроме указанного оборудования, устанавливают сварочные генера­ торы или понижающие трансформаторы с регулируемым напря­ жением в пределах 20—35 в. Для металлизацмонных установок про­ мышленность выпускает специальные понижающие трансформато­ ры. При отсутствии специальных трансформаторов могут быть ис­ пользованы обычные сварочные трансформаторы, но в этом случае от обмоток низкого напряжения необходимо сделать отводы со сту­ пенями напряжения в 20, 25, 30 и 35 в.

283

284.

Рис. 162. Схемы постов газовой и электродуговой металлизации:

При электродуговой металлизации наибольшее применение на­ шли аппараты ЛК-6А, ЭМ-3, ЭМ-6, ЭМ-9. В аппаратах ЛК-6А (рис. 163) электрическая дуга горит между двумя проволоками,, которые проталкиваются к направляющим трубкам подающими роликами. Ролики приводятся во вращение через червячный редук­ тор от электродвигателя. В аппарате ЭМ-9 подача проволоки осу­ ществляется посредством воздушной турбинки. Этот металлизациоиный аппарат имеет небольшие размеры и вес и поэтому удо­ бен для нанесения покрытия вручную.

К постам газовой металлизации должны быть подведены кис­ лород и ацетилен. Для получения ацетилена обычно используют ацетиленовые генераторы низкого давления.

При газовой металлизации наибольшее применение получили аппараты МГИ-1-57 и ГИМ-1 (рис. 164). Эти аппараты устойчиво* работают при давлении ацетилена не менее 300 мм вод. ст. В газо­ вый аппарат подается одна проволока. У выхода из направляющей трубки проволока расплавляется ацетилено-кислородным пламе­ нем. Расплавленный металл распыливается струей сжатого возду­ ха. В этом аппарате механизм подачи проволоки приводится в дей­ ствие воздушной турбинкой, работающей за счет отбора части сжа­ того воздуха, поступающего в аппарат.

На рис. 165 показана принципиальная схема поста высокоча­ стотной металлизации. Основным оборудованием поста является высокочастотный ламповый генератор, предназначенный для пита­ ния индуктора металлизационного аппарата. Наибольшее приме­ нение нашли ламповые генераторы с частотой в 300—500 кгц, мощ­ ностью 30—60 кет. При высокочастотной металлизации применяют аппараты марок МВЧ-1, МВЧ-2, МВЧ-3. Наилучшим из них яв­ ляется аппарат МВЧ-2, внешний вид которого показан на рис. 166.

Большое влияние на качество ремонта деталей способом метал­ лизации оказывает режим процесса нанесения металла. Оптималь­ ные режимы металлизации цилиндрических деталей стальной про­ волокой, полученные на основании исследований, приведены в табл. 27.

Скорость вращения детали, продольная подача аппарата и вре­ мя процесса металлизации определяются исходя из производитель­ ности аппарата и требуемой толщины покрытия.

Толщина покрытия может быть определена по формуле

л'п — припуск на механическую обработку в мм.

285-

Нин.ематичесНая схема

Рис. 163. Э л ек тр ом етал л и зац и он н ы й апп арат JIK -6A:

- направляющая трубка; 2 — нажимной винт; 3 — подающие ролики; 4 - штуцер; 5 - катушка с проволокой; ((-эл е к т ­ родвигатель; 7 —токоподвояяший контакт